Wissenschaftler vom CNRS, einem Konsortium deutscher Universitäten, und dem Max-Planck-Institut für Kernphysik am H.E.S.S.-Observatorium haben Elektronen und Positronen mit den höchsten auf der Erde aufgezeichneten Energien identifiziert. Diese Entdeckung liefert Beweise für kosmische Prozesse, die unbekannte gewaltige Energiemengen emittieren. Die Ergebnisse werden am 18. November in der Zeitschrift Physical Review Letters veröffentlicht.
Das Universum enthält extreme Umgebungen, darunter Supernova-Reste und aktive galaktische Kerne, die in der Lage sind, geladene Teilchen und Gammastrahlen mit Energien auszusenden, die weit über denen der Kernfusion in Sternen liegen. Gammastrahlen können viel über ihre Quellen verraten, da sie ungestört durch den Raum reisen. Im Gegensatz dazu stehen geladene Teilchen, die als kosmische Strahlen bekannt sind, vor Herausforderungen, da sie von Magnetfeldern beeinflusst werden und während ihrer Reise Energie verlieren, was die Bestimmung ihrer Ursprünge erschwert.
Die Detektion von Elektronen und Positronen mit Energien über einem Teraelektronvolt (TeV) ist besonders herausfordernd. Weltraumbasierte Instrumente haben begrenzte Detektionsflächen, während bodengestützte Instrumente, wie das H.E.S.S.-Observatorium in Namibia, kosmische Strahlen indirekt über atmosphärische Teilchenregen erfassen. Das Observatorium nutzt fünf große Teleskope, um die Cherenkov-Strahlung dieser Regen zu erfassen.
In einer zehnjährigen Analyse verwendeten die Wissenschaftler von H.E.S.S. fortschrittliche Algorithmen, um Elektronen von kosmischen Strahlen aus dem Hintergrundrauschen zu extrahieren, was zu einem unvergleichlichen Datensatz führte. Diese Analyse offenbarte neue Informationen über kosmische Strahlen-Elektronen mit Messungen bis zu 40 TeV. Ein bemerkenswerter Befund war ein scharfer Bruch in der Energiedistribution dieser Teilchen.
Kathrin Egberts von der Universität Potsdam, eine Mitautorin der Studie, erklärte: „Dies ist ein wichtiges Ergebnis, da wir schließen können, dass die gemessenen kosmischen Strahlen-Elektronen höchstwahrscheinlich aus sehr wenigen Quellen in der Nähe unseres Sonnensystems stammen, maximal einige tausend Lichtjahre entfernt, eine sehr kleine Entfernung im Vergleich zur Größe unserer Galaxie.“